面向绿色智造的新能源乘用车基地智慧能源管理系统建设

王志恒

安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽合肥 230000

蔚来汽车生产基地在规划时被定义为打造“高端新能源乘用车绿色、节能、环保的智能制造生产基地”。通过江淮和蔚来的携手打造，一个拥有全新工艺、全新硬件设备、全新管理模式以及全新数字化系统的智慧工厂已建成投入运行四年之久，工厂的智能化水平处于行业前列。以“绿色、环保、舒适和节能”为主题的能源管理系统，成为智慧工厂不可分割的一部分，能源管理系统的上线运行，为工厂的能源管理提供了统一化的高效管理平台。蔚来基地的能源管理系统平台采用三层架构：数据采集层、数据传输层以及数据处理展示层。数据采集的对象涉及厂区内所有能源介质和独立子系统，实现工厂能源的全域、全时和全面管理。

能源管理系统设计

1.能源管理系统设计的目标

围绕新能源乘用车智慧工厂进行能源管理系统设计，其目标主要包括以下三方面：

1）基于全厂区、全要素和全过程的能源介质实时化和透明化管理。通过对能源介质进行层级划分，在各层级安装智能计量表计量用户能源数据，通过以太网实现表计数据的实时采集，实现能耗数据的透明化和实时化管控。

2）基于工厂能源考核指标进行能耗的分层管控。通过指标的分解，各单位对能源的管控有了抓手，再通过能源管理系统进行管理赋能，能够有效保证能耗数据的实时掌握，为能耗的分析和生产决策提供了有力支撑。

3）基于横向和纵向的能耗差异化管理，为异常和波动而导致的能源消耗差异提供了分析方向。能耗差异层层分解直至底层计量终端，为能耗差异化管理提供了精准的方向。

总之，能源管理系统设计的目标都是紧紧围绕“绿色、环保和节能”的主题而展开，为工厂科学、有效地进行能源管理提供高效支撑。蔚来基地能源管理系统总体布局图如图1所示。

图1 蔚来厂区能源管理总体布局

能源管理系统的范围主要包括以下几点：

1）采集并实时监控各能源监控点（水、电、天然气及压缩空气等）的数据，设定层级之间的差异报警规则，针对超出设计规则的异常数据进行报警和采取相应的动作。

2）根据能源介质种类，按照厂区、单体、产线和设备进行数据归类，并按照设定的统计规则进行数据的分析和报表输出，实现数据的归一化和透明化管理。

3）通过工厂能耗模型的建立，将工厂的能耗数据进行整体考量，从整体能耗指标、单体能耗指标、横向指标和纵向指标角度进行全局分析，为能耗优化提供全局视角的优化建议。

4）工厂内部各角落分布了全域检测的温湿度传感器，对车间内的温湿度进行实时检测，根据人因工程学设定最合适的温湿度。当温湿度超出舒适范围时，能源系统将调整信号传给地源系统、冷水机组和空调系统等以进行综合调节，保证车间作业环境的舒适性，打造“舒适”工厂，提升作业效率，保证整车高品质。

5）污水处理中心排布数量可观的检测仪器和传感器，将污水指标实时进行采集，对主要排污车间如涂装的排污量和污水处理中心的处理数据进行综合考虑，通过数据的不断积累和统计，可对污水处理中心的药剂添加提出有针对性建议。

本基地的能源管理系统的建设，充分体现出“节能、环保和舒适”的新能源乘用车智造主题。

2.能源管理系统结构设计

（1）能源管理系统平台结构 基于新能源乘用车对能源管理的需求和未来发展趋势，本次能源管理系统主要从四个部分进行系统平台的设计。

1）独立子系统。独立子系统主要是从安全和效率两个角度考量进行设计，通过将能源管理系统和设备控制系统进行信号和逻辑互锁，针对人工操作效率低、安全风险较大的设备进行远程一键开启和关闭。

2）计量系统。以现场计量点的智能化计量仪器为采集接口，将工厂的所有能源介质（水、电、天然气及压缩空气等）消耗情况进行采集后传输至能源管理系统。

3）分析系统。分析系统是能源管理系统的核心和实现价值的关键所在，通过对能源数据的归类、分析和展示，为管理层提供能源规划决策的数字化依据。

4）环境数据检测系统。主要包括关键设备的监控、现场温湿度监测、气象站和污水处理中心等。能源管理系统平台具体结构如图2所示。

图2 能源管理系统平台结构

（2）能源管理系统网络结构 能源管理系统网络的规划要以厂区布局为整体考量，综合考虑各用能单体和设备布局、各终端能源计量装置的位置，兼顾企业后期发展需求。新能源乘用车智造基地能源管理系统网络范围涉及冲压车间、焊装车间、涂装车间、总装车间、、物料车间、PDI、发运场、管理中心及餐厅等。网络结构由底层的计量终端级的数据采集网络、中心级的数据传输和交换网络以及能源管理系统的数据汇集、展示网络组成。具体网络结构如图3所示。

图3 能源管理系统网络架构

能源管理系统应用

1.能源管理系统监控中心

能源管理系统监控中心从能源类别的角度主要划分为给水计量系统、电力计量系统、天然气计量系统、压缩空气计量系统、锅炉系统、冷水机组系统、空压机系统、地源热泵系统及光伏系统等。通过监控中心大屏，管理人员可实现整厂能源的全时域管控和指挥调度。如图4所示。

图4 能源管理系统监控中心

2.能源介质分级管控

如图5～图7所示，能源管理系统能源介质管控按照规划的层级进行管控，水、电、天然气等均实现实时、分级统计和展示。

图5 能源管理系统水能源管控

图6 能源管理系统电能源管控

图7 能源管理系统天然气能源管控

3.独立子系统管控画面

如图8～图12所示，独立子系统涉及地源热泵系统、冷水机组系统、空压机系统、锅炉系统及污水处理子系统，通过采集独立子系统能源数据、工艺数据和设备数据，将子系统整体的状态集成起来，实现系统的远程、透明化实时监控。

图8 地源热泵子系统管控

图9 冷水机组子系统管控

图10 空压机子系统管控

图11 锅炉子系统管控

图12 污水处理子系统管控

4.能源管理系统报表平台

如图13～图15所示，能源管理系统的基础是数据采集，是所有决策的支撑。报表作为数据采集后的规整和统计，是能源消耗管理的最终可视化的量化工具。报表的核心价值在于其按照管理需求提供横向和纵向的趋势对比和分析，为能耗的差异提供实时、准确的数据支撑，为后续能源分配提供指导。

图13 涂装单体用能报表

图14 冲压单体用能报表

结语

新能源乘用车智造基地智慧能源管理系统的实施，不仅符合新能源汽车的发展主题，也从根本上转变了传统的能源管理方式。借助数字化手段实现能耗数据的实时、精确和透明化管控，通过建模和算法赋能能耗管理水平的提升，为打造“绿色、节能、环保和舒适的智造工厂”奠定了根基。